劉名修 莊思行

張永強(qiáng) ?高級(jí)教師，湖南省十佳科技教師?？破罩袊?guó)2021年十大科普人物獎(jiǎng)獲得者，全國(guó)校園發(fā)明創(chuàng)意大賽、湖南省青少年科技創(chuàng)新大賽、湖南省創(chuàng)新編程與智能設(shè)計(jì)大賽、湖南省科學(xué)調(diào)查體驗(yàn)活動(dòng)評(píng)審專家組成員。

餐廚垃圾是人們?cè)谏钪行纬傻挠袡C(jī)固體廢棄物，食物殘?jiān)缛忸?、蔬菜、油脂、米飯是餐廚垃圾的主要組成部分。目前，對(duì)餐廚垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧制沼、聯(lián)合生物加工、昆蟲養(yǎng)殖等。其中昆蟲養(yǎng)殖被認(rèn)為是最有潛力的餐廚垃圾處理方式之一。

黃粉蟲和大麥蟲具備食譜廣、繁殖快等特點(diǎn)，但它們怕水。餐廚垃圾含水率較高，不適宜直接用來飼養(yǎng)黃粉蟲和大麥蟲。我們打算嘗試研究新的餐廚垃圾昆蟲處理方法，即采用黃粉蟲、大麥蟲等，探索在干燥養(yǎng)殖環(huán)境下利用昆蟲處理餐廚垃圾的可行性。

現(xiàn)有的大部分餐廚垃圾處理工藝，如好氧堆肥、厭氧制沼和聯(lián)合生物加工等都采用了微生物發(fā)酵技術(shù)，餐廚垃圾經(jīng)過溫和發(fā)酵后，既不會(huì)改變主要營(yíng)養(yǎng)成分，也不會(huì)產(chǎn)生對(duì)昆蟲有毒有害的物質(zhì)。更重要的是，這幾種工藝后端的發(fā)酵殘?jiān)鳛楦碑a(chǎn)品均經(jīng)過了烘干處理，可直接用于昆蟲養(yǎng)殖試驗(yàn)。

一、材料與方法

（一）餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)膩碓?/p>

本實(shí)驗(yàn)采用四川利興龍環(huán)保科技有限公司提供的，經(jīng)由聯(lián)合生物加工工藝產(chǎn)生的餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)M(jìn)行昆蟲飼養(yǎng)研究。其中的有機(jī)物主要包括蛋白質(zhì)、脂肪和糖類，總糖含量的測(cè)定采用酸水解法，蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用凱氏定氮法，油脂含量的測(cè)定采用索氏抽提法。

（二）蟲種的選擇

首先選用處于幼蟲中期且生長(zhǎng)狀態(tài)良好的蟲體。黃粉蟲選體長(zhǎng)1.5～2 cm的蟲體，大麥蟲選體長(zhǎng)3～4 cm的蟲體。將黃粉蟲和大麥蟲分成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組分別稱取黃粉蟲和大麥蟲各50 g，加入餐廚垃圾發(fā)酵廢渣50 g進(jìn)行喂養(yǎng)，按蟲重的5%提供青飼料（以提供水分），觀察蟲體的生長(zhǎng)情況。

每24 h對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，分別用10目、30目?jī)蓪雍Y網(wǎng)篩分剩余飼料和蟲體，10目篩網(wǎng)上保留的是蟲體，10目和30目篩網(wǎng)之間保留的是剩余飼料，30目篩網(wǎng)漏過的是蟲糞。挑出死蟲和剩余青料后，分別稱重活蟲、死蟲和剩余飼料的質(zhì)量。每24 h更換等量新的飼料和青飼料繼續(xù)飼養(yǎng)，并計(jì)算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等。

（三）黃粉蟲最適青飼料用量的研究

用卷心菜作為青飼料，以補(bǔ)充黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育過程中必需的水分。為探究黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育所需的最適的青飼料用量，本研究進(jìn)行了青飼料含量的梯度實(shí)驗(yàn)，分別按蟲重的0、5%、10%、15%、20%提供青飼料，并每隔24 h更新一次。分別測(cè)定不同時(shí)間蟲體質(zhì)量、活蟲質(zhì)量、死蟲質(zhì)量和剩余飼料的質(zhì)量，并計(jì)算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等指標(biāo)。

（四）最佳餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)昧康膬?yōu)化和摸索

為探究餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)邳S粉蟲飼養(yǎng)過程中的最適用量，本研究采用了正交實(shí)驗(yàn)法。通過SPSSAU數(shù)據(jù)科學(xué)分析平臺(tái)對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)?、玉米粉含量、?fù)合維生素含量三個(gè)因素設(shè)計(jì)3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)。9組正交實(shí)驗(yàn)成分添加比例見表1。

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比例，配制好9種相應(yīng)比例的飼料。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組稱取100 g黃粉蟲活蟲，分別加入各類飼料100 g、青料10 g。每飼養(yǎng)24 h補(bǔ)充一次青飼料，每隔48 h分別測(cè)定蟲體質(zhì)量、活蟲質(zhì)量、死蟲質(zhì)量和剩余飼料的質(zhì)量，并計(jì)算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等指標(biāo)。

（五）最佳正交配比飼料與麥麩飼養(yǎng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)，各稱重黃粉蟲100 g，分別加入含餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)淖罴颜慌浔蕊暳虾望滬煾?00 g，按蟲重的10%提供青飼料，分別以最佳正交配比飼料與麥麩為食物飼養(yǎng)黃粉蟲，每隔24 h補(bǔ)充一次青飼料。每隔48 h測(cè)定蟲體質(zhì)量、活蟲質(zhì)量、死蟲質(zhì)量和剩余飼料的質(zhì)量，并計(jì)算兩組蟲體的增重率、料肉比、死亡率等指標(biāo)。

（六）用含餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)娘暳虾望滬燂曃沟狞S粉蟲蟲體成分測(cè)定

分別對(duì)兩種飼料喂養(yǎng)的黃粉蟲蟲體進(jìn)行糖類、蛋白質(zhì)、脂肪的成分含量測(cè)定，以及對(duì)蟲體有機(jī)物成分進(jìn)行比較，探究餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)鳛轱暳夏芊裼绊懴x體的成分。

（七）實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

本研究所有實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行了兩組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）的形式。用SPSSAU數(shù)據(jù)科學(xué)分析平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用指標(biāo)求和、均值分析和單因素方差分析，結(jié)果在95%置信區(qū)間被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p<0.05）。

二、結(jié)果和討論

（一）發(fā)酵后餐廚垃圾殘?jiān)奶攸c(diǎn)

本研究采用的餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)首攸S色干粉狀態(tài)，其中蛋白質(zhì)含量較高，為36.98%，總糖含量為3.26%，油脂含量為8.53%。

（二）用餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)B(yǎng)殖黃粉蟲和大麥蟲的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

黃粉蟲和大麥蟲的平均日增重率分別為5.29±0.14%和2.14±0.15%；黃粉蟲和大麥蟲的平均料肉比分別為2.46±0.03和6.91±0.25；黃粉蟲和大麥蟲的平均日死亡率分別為1.96±0.24%和0.92±0.34%。

除了平均日死亡率，黃粉蟲對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)奈蘸屠眯蔬h(yuǎn)高于大麥蟲，所以選用黃粉蟲進(jìn)行后續(xù)研究。

（三）黃粉蟲的最適青飼料用量研究

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)青飼料用量為蟲重的10%時(shí)，黃粉蟲的平均日增重率達(dá)到最大值，平均料肉比達(dá)到最佳值，平均日死亡率接近最低值。

（四）通過正交實(shí)驗(yàn)找出最佳飼料配比，并與麥麩養(yǎng)殖進(jìn)行比較

選取餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)?、玉米粉和維生素三個(gè)不同因素條件，每個(gè)條件設(shè)置三個(gè)不同水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)黃粉蟲的生長(zhǎng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在9組實(shí)驗(yàn)中，黃粉蟲均獲得了比較可觀的日增重率，其中蟲體平均日增重率最高為實(shí)驗(yàn)六組，最低為實(shí)驗(yàn)七組。平均料肉比最低也是實(shí)驗(yàn)六組，最高為實(shí)驗(yàn)七組。平均死亡率最低的為實(shí)驗(yàn)九組，其次為實(shí)驗(yàn)六組，最高為實(shí)驗(yàn)一組。綜合考量，實(shí)驗(yàn)六組是最適合黃粉蟲生長(zhǎng)的飼料組合。

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)繛?0%、玉米粉含量為20%時(shí)，飼養(yǎng)的黃粉蟲具有最大日增重率、最低料肉比，以及較低的死亡率，比用麥麩飼養(yǎng)的對(duì)照組具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

通過對(duì)正交最優(yōu)組和麥麩兩種飼養(yǎng)條件下的黃粉蟲蟲體中的蛋白質(zhì)、總糖和油脂進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，添加了餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)曫B(yǎng)的黃粉蟲總有機(jī)物含量為77.14%，高于麥麩飼養(yǎng)的55.09%。這表明，利用餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)曫B(yǎng)黃粉蟲，從表觀到內(nèi)在都優(yōu)于用麥麩飼養(yǎng)黃粉蟲。

三、研究結(jié)論

本研究首次將餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)糜邳S粉蟲飼養(yǎng)研究，并通過正交實(shí)驗(yàn)摸索出餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)邳S粉蟲飼養(yǎng)過程中的最佳添加比例。

在餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)醒a(bǔ)充少量淀粉的情況下，蟲體增重率、料肉比、死亡率和蟲體營(yíng)養(yǎng)成分均遠(yuǎn)優(yōu)于用麥麩飼養(yǎng)的黃粉蟲，證明利用黃粉蟲處理餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)?jiǎn)單易行，能提升發(fā)酵殘?jiān)馁Y源化利用效益，降低發(fā)酵殘?jiān)翁幚淼某杀竞蜐撛谖：Α?/p>

采用餐廚垃圾發(fā)酵殘?jiān)曫B(yǎng)黃粉蟲，養(yǎng)殖成本低于用純麥麩飼養(yǎng)，是一種有效提升黃粉蟲養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)。同時(shí)，干法昆蟲養(yǎng)殖既能防止餐廚垃圾造成惡臭環(huán)境，又能延長(zhǎng)餐廚垃圾的存放時(shí)間，保證其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不因腐爛而流失，從而提供人們更充分的時(shí)間去處理和利用。

因此，在可見的未來，利用黃粉蟲在干燥環(huán)境下直接處理餐廚垃圾將成為一種具有潛力的新方向。

專家點(diǎn)評(píng)

本文具有如下優(yōu)點(diǎn)：

一、選題具有創(chuàng)新性：將黃粉蟲應(yīng)用于餐廚垃圾處理是一個(gè)創(chuàng)新性很強(qiáng)的思路，與當(dāng)前主要采用的黑殼蜉蝣等濕法昆蟲處理方法相比，該研究方向具有明顯的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景；對(duì)餐廚垃圾產(chǎn)生的環(huán)境問題做了較好的概述，引出研究意義與創(chuàng)新點(diǎn)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理：先確定最佳蟲種，再確定各影響因素的最佳水平，過程清晰；采用正交實(shí)驗(yàn)方法對(duì)飼料組成進(jìn)行優(yōu)化，方法合理；設(shè)置了對(duì)照組進(jìn)行比較，增強(qiáng)了結(jié)果的可靠性。

三、數(shù)據(jù)充分，統(tǒng)計(jì)分析到位：每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行，結(jié)果取平均值，確保了數(shù)據(jù)的可靠性；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)算增重率、料肉比等指標(biāo)，增強(qiáng)了說服力。

但本文的樣本量偏小，重復(fù)次數(shù)不明，今后應(yīng)擴(kuò)大樣本量。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可更全面，如實(shí)驗(yàn)因素可增加溫度、濕度等，以獲得更全面的優(yōu)化的飼料配方。討論部分建議更詳細(xì)，展望部分可進(jìn)一步展示研究應(yīng)用前景。